TW201933944A - 設計成在其操作期間至少部分地浸沒在導電液體中之電流供應系統 - Google Patents

設計成在其操作期間至少部分地浸沒在導電液體中之電流供應系統 Download PDF

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Abstract

一種電流供應系統(20),其設計以在該電流供應系統操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含被包覆在液體密封材料(40)中的至少一個導電組件(21, 22, 23, 24)。該組件(21, 22, 23, 24)包含能夠與該液體電化學地反應的犧牲材料。另外,該組件(21, 22, 23, 24)包含至少一個氣體捕獲部分(50),在該至少一個氣體捕獲部分中該犧牲材料在該液體密封材料(40)中佔據一空間,該空間因此係以一氣體捕獲形狀而界定。在系統(20)在其實際浸沒狀態中而損壞的情況下,若該組件(21, 22, 23, 24)暴露於該液體,則實現以下:發生在該組件(21, 22, 23, 24)的暴露區域的一電化學反應及電流至該液體之外流會停止。

Description

設計成在其操作期間至少部分地浸沒在導電液體中之電流供應系統
本發明係關於一種電流供應系統,其設計成在其操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含被包覆在液體密封材料中的至少一個導電組件。本發明亦係關於一種電裝置,其設計成在其操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含所提及的一電流供應系統及連接至該電流供應系統的該至少一個導電組件的至少一個電負載。本發明的另一主題係一海洋物體與所提及之該電裝置的一總成,該海洋物體包含至少一個表面,該至少一個表面係意欲在該海洋物體之壽命的至少一部分期間至少部分地浸沒在含有生物汙損有機體(biofouling organisms)之水中,且該電裝置係配置在該至少一個表面上。
進一步地,本發明係關於一種製造一電流供應系統的方法,該電流供應系統將至少部分地浸沒在一導電液體中且包含被包覆在液體密封材料中的至少一個導電組件。
更進一步地,本發明係關於一種減少電流從包含一電流供應系統及一電力源的一電裝置外流的方法,該電流供應系統包含經連接至該電力源並被包覆在液體密封材料中的至少一個導電組件,電流從該電裝置外流係在該電流供應系統至少部分地浸沒在一導電液體中且該液體密封材料受損使得允許該液體抵及該至少一個導電組件的事件中發生。
在意欲用於水下環境中的電流供應系統之領域中,使此種系統的導電組件電絕緣於該液體/水係非常重要的。有鑑於此,此種系統的常見做法係包含液體密封材料,其中該等導電組件係被包覆在此種材料中。例如,電流供應系統可包含以液體密封材料製造之一外殼,其中將該等導電組件容納於其中。根據另一選項,導電組件可嵌入液體密封材料中。在此方面,應注意到WO 2014/188347 A1揭示一種用於受保護表面(諸如,船舶的船殼)之防汙損的照明模組,該照明模組包含用於產生防污損光的至少一個光源及用於透過光學介質分布該防污損光之至少一部分的光學介質。在從WO 2014/188347 A1所知之照明模組的操作期間,受保護表面的防汙損是在將自該光學介質產生之防污損光以遠離該表面的方向發射的基礎上實現。通常,以已知照明模組體現之生物汙損的解決方案係基於UV輻射,尤其是UV-C輻射,且在防止生物汙損有機體在表面上的(最初)沉降(亦即,生物膜形成在表面上)方面係有效的。在船舶之船殼的情境下導致問題之生物膜的一態樣係:由於生物膜的厚度因為生物汙損有機體的沉降及成長而隨時間增加,船舶之船殼的外表面隨之粗糙化,因此阻力增加,涉及燃料消耗的增加且因而增加營運成本。
WO 2014/188347 A1揭示對抗船舶之船殼的生物汙損的解決方案能係以包含具有嵌入式UV-C LED的UV-C透明材料的板之照明模組覆蓋船殼的外部。由於生物汙損發生在水中,因此意欲將照明模組設置於水線之下。爲操作照明模組,電力需要在水線下遞送。電力、水、及離岸工業的艱辛困苦環境的組合構成了真正的挑戰。事實上,(海)水係一良好的導電體,因此具有可能引發短路的實際風險。已知船舶的船殼會隨著壽命日漸(嚴重地)損壞,例如,由於與漂浮木或其他接近或靠近水線之漂浮物體的碰撞,或彼等可能由於與其他船舶的碰撞而受衝擊。當船舶的船殼如上文描述地至少部分地以照明模組覆蓋時,照明模組及電源線可能隨著壽命日漸損壞。例如,若電源線被切斷,會得到電路暴露於海水的情況。在該情況下,電力係在切口的位置被傾洩至海水中,使得至依賴電源線之一或多個照明模組的電力供應故障。
發生電源線在水下環境中被切斷及因此電力流失至海水的可能性係在WO 2017/108545 A1中解決。此外,WO 2017/108545 A1教示能藉由最佳化電源線的實體尺寸及適當選擇電源線的材料而能將被傾洩至海水中的電力量及此種程序發生的時間最小化,使得暴露於海水之電源線的區域將因為發生在海水與電源線之界面的電化學程序而迅速地溶解。
如稍早建議的,本發明屬於水下電流供應系統之領域,該水下電流供應系統包含被包覆在液體密封材料中的至少一個導電組件,尤其係意欲用於導電液體的環境中之系統。為了在發生損壞的情形中採取旨在終止電力流失至環境之程序的措施,本發明的一目的係不僅只於依賴以下已知概念:以其能夠在電化學效應的影響下溶解的此種方式來設計將位於此種環境中且可能最終無意間暴露於液體之導電組件。本發明旨在提供以經明確定義之方式,較佳的是以被動方式(亦即,無需起始某種額外行動),提供終止此種程序的可能性。事實上,由於各種原因,所欲的是在此種程序起始後儘快地予以結束。一個原因係:若電流供應系統位於例如船舶之船殼、或船舶的螺旋槳、或類似者的一區域上,附近/下方區域的材料的氧化及還原可能在該程序中發生。另一原因係:當配置成藉由該系統供電的電負載接收不充分的電力時,此可能導致該電負載損壞。
鑑於前述,本發明提供一種電流供應系統,其設計成在其操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含被包覆在液體密封材料中的至少一個導電組件,其中該至少一個導電組件包含犧牲材料,該犧牲材料能夠在該液體密封材料受損且允許該液體抵及該至少一個導電組件的事件中與該液體電化學地反應,且其中該至少一個導電組件包含至少一個部分,其中該犧牲材料在該液體密封材料中佔據一空間,該空間特此以針對下列而設計之一形狀而界定:捕獲由於該至少一個導電組件的該犧牲材料在該犧牲材料與該液體發生電化學反應的位置上消失而在該事件中產生的氣體。
在根據本發明的電流供應系統中,該至少一個導電組件經設計以具有在該系統損壞的情形下該導電組件暴露於水時,控制可預期發生之該導電組件的材料的電化學溶解之終止的可能性。具體而言,該至少一個導電組件係經定形以在該系統中具有至少一個經明確界定的位置,其中可使該組件的溶解程序於該位置停止。以此方式,當損壞發生時,不僅可能實現電力至該水的傾洩程序在一確定點自動終止,也實現該至少一個導電組件的一溶解程序不能一路持續至連接至該導電組件的至少一個電負載,例如,否則其將導致電負載最終暴露於該水,及/或無法一路持續至導電組件的連接點,否則其也將通過其他導電組件導致電源故障。
根據本發明的工作原理如下。當該至少一個導電組件暴露於該電流供應系統之該環境下該導電液體的損壞情況發生時,該組件的該犧牲材料與該液體係在通過該組件之電流供應的影響下相互作用。該組件的該犧牲材料與該液體參與該組件的該犧牲材料於其中溶解的一電化學程序。假設該組件呈大致細長形狀,特別係導線形狀,在DC(Direct Current,直流)電力供應的情形中,可預期該組件的該犧牲材料在一個方向上從一損壞位置回縮,且在AC(Alternating Current,交流)電力供應的情形中,可預期該組件的該犧牲材料在二個方向上從一損壞位置回縮。該電化學程序的另一影響係一氣體的形成。本發明係基於能將該氣體使用作該組件與該液體之間的電絕緣體之洞察,加上能將該組件之至少一部分的設計選擇成使得其留在該液體密封材料中的空間在其溶解時適合用於捕獲該氣體之洞察。
從上文可看出當應用本發明時,可得到以下之一種電流供應系統:若該至少一個導電組件暴露於該系統之該環境下的導電液體時,該電流供應系統之該組件在發生於該點的一電化學反應的影響下溶解,其中該組件在該液體密封材料中在至少一個方向上回縮,藉此在該液體密封材料中形成空間。根據本發明的一顯著特徵,將該組件的至少一個部分的形狀經選擇以使得所形成的空間能夠捕獲在一電化學反應的實際程序中產生的氣體。將被捕獲的氣體用作該組件與該液體之間的電絕緣體,使得該電化學反應及電力至該環境的傾洩可受抑止。以此方式,實現無需將該系統中的電力供應切斷之必要。相反地,只要操作該系統係所欲的,該電力供應在所有情況下均應持續進行,其中只要至少一個組件溶解及氣體絕緣體積聚的一程序發生,便有限制該電源之實際可能性,例如,其可藉由施加用於限制短路電流之普遍已知的措施而完成。本發明設想一旦電力至該環境的一傾洩程序發生,氣體塞在該系統中可說係適當的位置上之自動形成,使得該傾洩停止且可以一最佳方式持續該系統的操作。若能通過替代路由而非僅通過已故障的該組件到達藉由該系統供電的至少一個電負載,仍能使用該至少一個負載係甚至可能的。本發明的一有利態樣係:一旦經捕獲的氣體由於某種原因而流失,只要該組件在該情況下與該液體接觸,便能產生並捕獲新的氣體量。
該至少一個導電組件不必完全以適用於在參與電化學反應時產生氣體的材料所製造。例如,根據本發明之電流供應系統的一實施例係可行的,其中具有產生氣體之能力的材料係經配置以在至少部分地圍繞該至少一個導電組件的其他材料之一位置上,可說係沿著該至少一個導電組件的全部長度或僅沿著該長度之部分形成該至少一個導電組件的一外部套筒。
該電流供應系統至少部分地浸沒於其中之該導電液體的實例包括水性液體,諸如,水、海水、及鹽(諸如,氯鹽)溶解於其中的水。可能由該至少一個導電組件所包含之材料的實例包括鋁、銅、鐵、鋅、及金屬合金。
在根據本發明之電流供應系統的一實際實施例中,可預期該至少一個導電組件具有大致細長的形狀。例如,該至少一個導電組件可經定形成像導線或細長條之形狀。在此種情形中,該至少一個導電組件包含至少部分環形的至少一個氣體捕獲部分可係有利的。在該組件損壞及相關之溶解程序的情形中,在該液體密封材料中因其而得到的空間係以至少部分環形的至少一個部分所形成。該設計可特別地以在該電流供應系統的一操作位置中的一直立位置上具有該環或該部分環為目的,使得在預期氣體可正常地上昇之情況下在該環或該部分環的一頂部位置上捕獲該氣體。在此方面,應注意使該電流供應系統及/或該電流供應系統可係其一部分之一更大電裝置可具備標記以允許正確安裝可係有利的,亦即,得到該至少一個導電組件的該至少一個氣體捕獲部分的一有效定向的安裝。該至少一個導電組件包含具有不同定向的各種氣體捕獲部分亦係可能的,較佳的是無論該電流供應系統的定向如何,均可保證其始終具有在用於實際捕獲氣體之位置上的一個氣體捕獲部分。
假設該至少一個導電組件具有大致細長的形狀並包含如上文提及的至少一個氣體捕獲部分,可進一步更實用的是該組件在該至少一個氣體捕獲部分的該位置具有一個經疊置的彎曲形狀。換言之,從更廣泛的觀點看,原則上可使得該氣體捕獲部分具有更多或更少的平面外觀,但該氣體捕獲部分在整體上(亦即,該氣體捕獲部分具有一或多個環或部分環)亦非常有可能係彎曲的。該經疊置的彎曲形狀可有助於該組件捕獲氣體的能力及/或可允許將該組件配置在該氣體捕獲部分之該位置的不均勻及/或彎曲表面上。
如上文提及的,若該至少一個導電組件包含至少一個氣體捕獲部分,則可能使得該氣體捕獲部分包含複數個環。具體而言,該氣體捕獲部分可係一個線圈形部分。
本發明的一個可能應用領域係照明模組的領域,該等照明模組包含具有嵌入式UV-C LED之UV-C透明材料的板,如上文參考WO 2014/188347 A1所提及的。有鑑於此,根據本發明的該電流供應系統具有大致平坦形狀且該系統的一厚度在1至2 mm的範圍內可係所欲的。根據本發明之系統的此種平坦外觀在其它情況下亦可係有利的。
可選地,根據本發明的該電流供應系統係配備有一旦其受潮便膨脹的材料。在該系統中的戰略性位置具有此種材料有助於儘快終止電流至環境的可能傾洩程序,該等戰略性位置可係接近該導電組件的該至少一個部分的位置,該至少一個部分係設計成在該液體密封材料中留下適合用於在其一旦溶解時捕獲氣體的一空間。
本發明的另一目的係一種電裝置,其設計成在其操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含如上文提及的一電流供應系統及連接至該電流供應系統的該至少一個導電組件的至少一個電負載。該至少一個電負載可以任何實際及適當方式體現。例如,該至少一個電負載可包含經組態以產生防污損光的一光源,如先前提及的,諸如,UV-C LED。在任何情形中,根據本發明的該電裝置可進一步包含連接至該電流供應系統的該至少一個導電組件的一電力源。當操作該電裝置時,該電力源作用以將電力輸入至該電流供應系統,且該電流供應系統作用以將電流供應至該至少一個電負載。
本發明進一步係關於一海洋物體與如上文提及之該電裝置的一總成,該海洋物體包含意欲在該海洋物體之壽命的至少一部分期間至少部分地浸沒在含有生物汙損有機體之水中的至少一個表面,且該電裝置係配置在該至少一個表面上。在本文的脈絡中,用語「海洋物體(marine object)」不限於在海水中使用的物體,但應理解成包括在已知含有生物汙損有機體並具有導電性質之任何類型的水中使用的物體。海洋物體的實例包括船舶和其他船隻、海洋研究站、海基石油或天然氣裝置、浮力裝置、海上風力發電機的支撐結構、收取海潮/潮汐能量的結構、通海閥箱、水下工具等。海洋物體僅係可裝備有根據本發明的電裝置之許多物體的一個實例。
更進一步地,本發明係關於一種製造一電流供應系統的方法,該電流供應系統將至少部分地浸沒在一導電液體中並包含被包覆在液體密封材料中的至少一個導電組件,該至少一個導電組件包含犧牲材料,該犧牲材料能夠在該液體密封材料受損並允許該液體抵及該至少一個導電組件的事件中與該液體電化學地反應,且該方法包含提供具有至少一個氣體捕獲部分的該至少一個導電組件,其中該至少一個導電組件的該犧牲材料經組態以在該液體密封材料中佔據一空間,該空間特此以針對下列而設計之一形狀而界定:捕獲由於該至少一個導電組件的該犧牲材料在該犧牲材料與該液體電化學地反應的位置上消失而在該事件中產生的氣體,及將該至少一個導電組件包覆在該液體密封材料中。與已於前文解釋之內容一致,應注意:藉由實踐根據本發明的方法,可得到能夠自動地形成一種氣體塞的一電流供應系統,該等氣體塞係用於在損壞的情形中在該系統中的預定位置防止電流從該系統外流至一環境導電液體。
該方法的可選態樣對應於該電流供應系統的可選態樣。首先,該至少一個導電組件在被包覆至該液體密封材料中之前可經局部地變形。進一步地,該至少一個導電組件可具有大致細長的形狀,並使得該至少一個導電組件具備至少一個氣體捕獲部分,該至少一個氣體捕獲部分藉由使該至少一個導電組件局部地經受彎曲動作而至少部分環形的。在此方面,應注意:該至少一個導電組件可在該至少一個氣體捕獲部分的該位置經受進一步彎曲動作,以在該至少一個氣體捕獲部分的該位置使該至少一個導電組件實現一經疊置的彎曲形狀。另外,如先前所提及的,若該至少一個導電組件具備至少一個氣體捕獲部分,可以複數個環實現該氣體捕獲部分,其中該氣體捕獲部分可係一線圈形部分。
爲了將該至少一個氣體捕獲部分形成在該至少一個導電組件中,可使用採取核心元件形式的一輔助,在該情形中,該至少一個氣體捕獲部分係藉由將該組件的一部分環繞該核心元件而形成,之後該將該核心元件從該至少一個導電組件移除。例如,爲了給該組件提供具有線圈形部分,可使用一細長核心元件,其中該組件的一部分係環繞於該核心元件以便在該核心元件上產生連續繞組。
本發明亦相關於減少電流從包含一電流供應系統及一電力源的一電裝置外流的一種方法,該電流供應系統包含連接至該電力源並被包覆在液體密封材料中的至少一個導電組件,電流從該電裝置的流出係在該電流供應系統至少部分地浸沒在一導電液體中且該液體密封材料受損而使得允許該液體抵及該至少一個導電組件的事件中發生,該至少一個導電組件包含能夠與該液體電化學地反應的犧牲材料,且該方法包含:藉由從該電力源將電流連續地供應至該至少一個導電組件而使該至少一個導電組件的該犧牲材料能與該液體發生電化學反應;及在一空間中捕獲在該電化學反應中產生的氣體,該空間由於該至少一個導電組件的該犧牲材料在該電化學反應發生的該位置消失而在該液體密封材料中得到。如稍早解釋的,本發明旨在實現一情況之自動終止,在該情況中若該至少一個導電組件由於該電流供應系統損壞而暴露於環境電導液體,則電流係被傾洩至該液體,其中巧妙使用該組件與該液體之間的一電化學反應的該氣體形成效應,亦即,藉由在一位置捕獲該氣體以使該組件絕緣於該液體。
本發明之上述及其他態樣將參考各種實用選項之如下詳細描述而變得顯而易見並予以闡明,該描述係關於一個電流供應系統,其係設計用於進一步包含電負載之一電裝置中,該等電負載將藉由該系統供電。
圖1提供電裝置10的示意圖,該裝置包含數個電負載11、12、13及用於對電負載11、12、13供電的電流供應系統20。顯示於圖式中的電負載11、12、13的數目係三,其在本發明的架構內係任意數。電裝置10係意欲在水下使用,並可例如經配置在船舶的船殼上以覆蓋該船舶的船殼區域。電負載11、12、13可係UV-C LED,例如,在該情形中,電裝置10適合用於防汙損目的,亦即,在得到/維護保護區域之乾淨外觀的基礎上使該區域經受防汙損動作。然而,應注意本發明未完全局限於防汙損領域,且電裝置10之各種態樣的本說明可同等地應用至本發明的其他可能應用。
電流供應系統20包含導電布線,其包括每個電負載11、12、13的一條供應線21、22、23及共同供應線24。共同供應線24係連接至電力源30。在下文中,導電布線及電負載11、12、13的整體配置將被稱爲電裝置10的電路。將電負載11、12、13及相關供應線21、22、23之各者係被嵌入液體密封材料40(諸如,聚矽氧)的板中。共同供應線24也由液體密封材料40的層所包圍,使得電裝置10的電路無法由電裝置10於使用期間將被浸沒於其中的液體(其可係海水)所抵及。亦即,電裝置10的電路在正常情況下無法被該液體所抵及。然而,若電裝置10係在水下使用且電裝置10發生損壞,則可能發生電路的液體密封保護不再閉合且電路暴露於該液體。
根據本發明,導電布線包含能夠與該液體產生電化學地反應的犧牲材料。若該液體係海水,則合適的材料係銅或鋁。而且,導電布線包含在適當位置的氣體捕獲部分,如下文將進一步解釋。在圖1中,各別氣體捕獲部分之各者均係由元件編號50所指示。
參考圖1,應注意:假設損壞係發生在與電負載11相關之供應線21上的位置X(尤其是液體密封材料40的損壞,且也可能係供應線21的損壞),導致供應線21由環境液體所抵及。一旦此發生,由電力源30供應的電流會選擇最小電阻的路徑並經輸出至環境。結果,即使與該等電負載12、13相關的供應線22、23係完好的,至其他電負載12、13的電流供應最小化或停止。因此,不僅至與電裝置10之受損區域相關聯的電負載11的電流供應故障,且至其他電負載12、13的電流供應也受干擾。
在通過受損供應線21流至環境之電流的影響下,電化學反應係在供應線21被該液體接觸之區域的位置發生。此導致供應線21的犧牲材料溶解並且使氣體形成。在DC電流供應的情形中,供應線21係在一個方向上從損壞位置X消失,而在AC電流供應的情形中,供應線21係在二個方向上從損壞位置X消失。下文假設僅在一個方向上之DC電流供應及供應線21的相關溶解程序。
取決於電流的方向(亦即,取決於施加負電壓或正電壓、供應線21的材料、及/或電裝置10被浸沒於其中之液體的類型),電化學反應中會形成一或多種氣體。當該液體係海水時,Cl- 離子存在於該液體中,且Cl2 氣體可於所施加之電流或電壓的影響下在由具有正電位之供應線21的一部分所構成的陽極上形成。而且,O2 氣體之形成可取決於所施加的電壓、電流強度、進一步離子的存在、及局部地存在於陽極之該液體的酸性。若供應線21的材料係銅,Cu2+ 離子可在溶解供應線21的程序中得到。而且,H2 氣體可在由供應線21的另一部分(尤其是具有負電位的部分)所構成之陰極的相同電流的影響下形成。在任何情形中,電化學程序會持續,直到供應線21已一路消失至氣體捕獲部分50。
事實係當供應線21溶解時,細長空腔在供應線21之材料曾在的位置上殘留在液體密封材料40中。氣體捕獲部分50係經如下方式定形之布線的一部分:當布線的材料消失且形成氣體時,在產生於液體密封材料40中的空間中捕獲該氣體之一部分。由於細長空腔的形成程序導致腔中液體的有效電阻增加,該程序已有助於限制流失至環境的電流量。一旦氣體被捕獲,電源線21的其餘部分與液體係實際與彼此絕緣,因此電化學反應停止且不再有電流被傾洩至環境的情況。此時,至其他供應線22、23及相關聯負載12、13的電流供應恢復,使得電負載12、13能再度正常地運作。甚至可使得對與受損供應線21相關的電負載11供電,亦即,例如,在電負載11經配置以通過其他電負載12、13的至少一者冗餘地供電的情形中。
從上文可看出當電裝置10發生達到布線暴露於周圍液體之此種程度的損壞時,電流傾洩至液體的程序會自動終止,且電裝置10的功能會以最佳方式恢復。作爲額外措施,可使用自身已知的任何合適方式實現電流的一般限制,如同為了避免短路情況下的問題而通常地應用者。只要電流的傾洩持續且發生布線的材料與液體之間的電化學反應,在電裝置10之當下環境中的部件亦可能發生損壞。此係採取措施以結束該等與損害相關之程序爲何係有利的重要原因。而且,可能使得電負載11、12、13具有如下的此種本質:當電流供應的位準低於電負載11、12、13在其應正常操作的位準時,彼等電負載會容易故障。
在本發明的架構內,構成電裝置10之導電布線的線21、22、23、24可具有任何合適的形狀。一般而言,線21、22、23、24呈細長狀係實際且有利的。然而,線21、22、23、24的截面形狀可經選擇,例如,選擇對預計用途及功能性係最佳之截面形狀。線21、22、23、24可係具有實質圓形截面的習知線,但,例如,線21、22、23、24亦可能係具有矩形截面的相對平坦條。線21、22、23、24可包含具有不同截面形狀的不同部分。
在氣體捕獲部分50的位置,布線可具有適合用以捕獲當電化學程序發生時在布線與液體的界面出現之氣體的任何形狀。圖2至圖11係相關於由本發明涵蓋的許多可能性中的一些。一般而言,氣體捕獲部分50包含一或多個環或部分環係實際的,此類環用於在一旦發生布線溶解時在液體密封材料40中形成具有一或多個環/彎曲的空間,尤其是在電流供應系統20之正常操作位置上的直立方向之方向上延展的環或部分環,但不應將其理解成意即本發明僅受限於此種一般選項。
圖2繪示氣體捕獲部分50的第一可能設計,其中將氣體捕獲部分50顯示成係導電條25的一部分。在此實例中,氣體捕獲部分50經定形狀成條25的線圈形部分。在電流供應系統20的製程期間,此種氣體捕獲部分50可簡單地藉由使條25的一部分圍繞核心元件60(如圖3所繪示)並隨後移除核心元件60而實現在條25中。此自然係在將條25包覆在液體密封材料40中之前完成。當條25包含諸如銅或鋁的金屬時,條25能夠非常良好地保持其經局部地變形之形狀。如圖所示的氣體捕獲部分50在條25的材料溶解一旦發生時在液體密封材料40中留下線圈形空間。在該時間發生電化學程序時得到的氣體係在該線圈形空間之繞組的至少一者的頂部側被捕獲。
圖4繪示氣體捕獲部分50的第二可能設計,其中將氣體捕獲部分50顯示成係導電線21的一部分。在此實例中,將線21在氣體捕獲部分50的位置上彎曲,使得二個U形部分環51位於線21中,其U的底部側係位於頂部。如圖所示的氣體捕獲部分50在條25的材料溶解一旦發生時在液體密封材料40中留下波狀空間。在該時間發生電化學程序時得到的氣體係在該空間之至少一個U形部分環的頂部側被捕獲。
圖5用於說明以下事實:氣體捕獲部分50可能不僅包含導電組件的彎曲部分,其自身也可能受到彎曲,換言之,以使該導電組件在氣體捕獲部分50的位置上具有經疊置的彎曲形狀。圖5顯示如圖4所示之氣體捕獲部分50係如何在整體上受到彎曲。經疊置的彎曲形狀可為了以下目的而實現,例如:增強某個氣體捕獲部分50的氣體捕獲效果;及/或允許氣體捕獲部分50遵循一給定支撐表面;及/或橋接一支撐表面的某個區域。
圖2、圖4、及圖5所示的實例僅用於說明本發明,其中應再次注意:當涉及氣體捕獲部分50的設計時,本發明的架構內存在許多可能性。氣體捕獲部分50亦可具有S形外觀(提及實現具有環或部分環之形狀的另一種可能性),或可經提供爲載置在經折疊以產生氣體捕獲器之表面上的平坦執行部分。其他可能性的實例係以圖解顯示在圖6至圖11中。一般而言,氣體捕獲部分50可經定形以具有在x方向、y方向、及z方向之各者上的部件。電流供應系統20可具備與一給定情形中所欲一樣多的氣體捕獲部分50,其中氣體捕獲部分50在系統20中可具有任何合適定位。
本發明的功能性已經過實驗驗證。具體而言,包含銅或鋁條及包覆該條之聚矽氧材料的電系統受到測試,該條具有如圖2所示的形狀,亦即,具備線圈形氣體捕獲部分的條。該條及液體密封材料的整體經設計成僅具有非常有限高度(亦即,約2 mm的高度)的一種拼塊(tile)。該條經連接至電力源,且短路電流設為4.00安培。條上的相關電壓係0.22伏特。條及液體密封材料的整體係置於每公升水35 g鹽的鹽水中。
一旦一切如指示設定,產生一個切口,其具有1 mm的寬度且一路通過條及液體密封材料二者。結果,條的先前包覆材料暴露於鹽水。在該情況下,電流以4.00安培的值沿著至少1 mm的長度流經該鹽水。在銅條的情形中,水似乎轉綠,其係銅溶解程序的一指示,且在鋁條的情形中,水似乎轉白,其係鋁溶解程序的一指示。在二者情形中,電流的值減少至0.01安培,而電壓增加至12.3伏特。因此,由於條的電化學劣化/腐蝕,電流至鹽水的洩漏似乎無需任何人為干涉便停止。
如上文已提及的,本發明之可能應用的一者係可使用在船舶的船殼上的UV-C LED拼塊之領域的應用。當在船舶之船殼的或多個對UV-C LED拼塊提供電力/在UV-C LED拼塊中提供電力的供電連接被切斷或以其他方式受損時,海水與電將會接觸。結果將發生電化學,其涉及船舶之船殼(亦可能涉及船舶的螺旋槳及電力線)的氧化及還原。因此,彼等的一或多者將在電流的影響下溶解。而且,只要電化學程序持續,可導致UV-C LED拼塊接收不充足的電力及/或亦受損。本發明提供一種機制,電流至海水的外流能根據此機制停止或至少顯著減少,使得船舶及UV-C LED拼塊的損壞保持至最小或甚至完全不發生。
在本發明的一個實施例中,薄片狀金屬箔(諸如,銅箔)係被切割成條並圍著一個束形襯墊(beam-shaped liner)纏繞。以此方式,實現在x方向、y方向、及z方向的所有三個方向上延伸的薄膜螺旋。爲了允許將條作為在水下使用之電源線,條係被包覆在液體密封材料中。在損壞情形下之條暴露於水時發生的電化學程序期間,該條(其包括金屬螺旋)會溶解且氣體會形成。此氣體的一部分會在螺旋的環/彎曲中被捕獲,從而中斷電流的流動。當電流由於某種原因(其可能係氣體的逸失)恢復時,該程序會再一次開始,且該等環/彎曲不久會再次充滿氣體。因此,在相對簡單的因子(像是材料的選擇及幾何形狀的選擇)的基礎上,實現該程序的自停止。
本發明涵蓋一種設計一電流供應系統20的方法,該電流供應系統將至少部分地浸沒在一導電液體中並包含被包覆在液體密封材料40中的至少一個導電組件21、22、23、24、25,該方法包含以下步驟:選擇相關於該至少一個導電組件21、22、23、24、25的犧牲材料,該犧牲材料在該液體密封材料40受損且允許該液體抵及該至少一個導電組件21、22、23、24、25的事件中能夠與該液體電化學地反應;判定該至少一個導電組件21、22、23、24、25之至少一個部分的一形狀以使存在於該至少一個部分的該犧牲材料在該液體密封材料40中佔據一空間,該空間因此係針對適用於捕獲氣體之一形狀而界定,該氣體係由於該至少一個導電組件21、22、23、24、25的該犧牲材料在該犧牲材料與該液體電化學地反應的位置上消失而在該事件中產生。
對所屬技術領域中具有通常知識者將係顯而易見的是,本發明的範疇不限於上文討論的實例,但在不偏離如所附申請專利範圍中定義之本發明的範疇的情況下可能有若干修正及修改。只要所有修正及修改係在申請專利範圍的範疇及其等效範疇內,本發明意圖被解讀為包括所有彼等修正及修改。雖然本發明已在圖式及說明中詳細地經繪示及描述,此種圖示及描述仍被解讀為僅係說明性或例示性的,而非限制性的。本發明不限於所揭示的實施例。圖式係示意性的,其中非為理解本發明之所需的細節可能已被省略,且圖式未必係按比例繪製。
在實施所主張的發明時,所屬技術領域中具有通常知識者可藉由研究圖式、說明、與所附申請專利範圍來理解與實現所揭示的實施例的變型。
在申請專利範圍中,詞語「包含(comprising)」不排除其他步驟或元件,且不定冠詞「一(a)」或「一(an)」不排除複數個。申請專利範圍中的任何參考符號不應被解讀為限制本發明的範疇。
除非另外明確地陳述,否則針對或相關於特定實施例所討論的元件及態樣可與其他實施例的元件及態樣合適地組合。因此,某些測量值在相互不同的申請專利範圍附屬項中敘述的這一事實並不表示不能有益地使用此等測量的組合。
本文中使用的用語「包含(comprise)」將由所屬技術領域中具有通常知識者理解為涵蓋用語「由…組成(consist of)」。因此,用語「包含(comprise)」可在相關於實施例時意謂著「由…組成(consist of)」,但在另一實施例中可意謂著「至少含有/包括已定義物種並可選地含有/包括一或多個其他物種(contain/include at least the defined species and optionally one or more other species)」。
關於本文及所附申請專利範圍中使用的用語「電力源(electric power source)」,應注意此用語將被理解成涵蓋能夠提供用於將電流供應系統20置於啟動狀態(亦即,在電流供應系統20中實現電位差使得電流可流過電流供應系統20的狀態)所需之電力的任何裝置、系統、配置、機構等。例如,電力源30可包含電池或類似者,但也可包含,例如,在運動或溫度差的基礎上用於產生電力的配置。進一步地,應注意電流供應系統20可採任何可能合適的方式連接至電力源30,諸如,通過導線系統或以無線方式。本文使用的詞語「連接(connected)」將被理解爲係指電連接而非實體連接。
本發明的可能總結如下。一種電流供應系統20經設計成在其操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含被包覆在液體密封材料40中的至少一個導電組件21、22、23、24、25。該導電組件21、22、23、24、25包含能夠與該導電液體電化學地反應的犧牲材料,其中該電流供應系統20會至少部分地浸沒於該導電液體中。另外,該導電組件21、22、23、24、25包含至少一個部分50、51,其中該犧牲材料在該液體密封材料40中在佔據一空間,該空間從而以一氣體捕獲形狀而界定。在電流供應系統20在其之實際浸沒狀態中損壞的情形中,若該導電組件21、22、23、24、25暴露於該導電液體,則以下將實現:隨著氣體在電流的影響下發生的一電化學反應中形成並被捕獲作為該導電組件21、22、23、24、25與該導電液體之間的一絕緣體,該電化學反應(其發生在該導電組件21、22、23、24、25的該暴露區域)及電流至該液體之外流會在該相同電流的影響下停止。
10‧‧‧電裝置
11‧‧‧電負載
12‧‧‧電負載
13‧‧‧電負載
20‧‧‧電流供應系統/系統
21‧‧‧供應線/線/導電組件
22‧‧‧供應線/線/導電組件
23‧‧‧供應線/線/導電組件
24‧‧‧共同供應線/線/導電組件
25‧‧‧導電條/導電組件/條
30‧‧‧電力源
40‧‧‧液體密封材料
50‧‧‧氣體捕獲部分/部分
51‧‧‧氣體捕獲部分/部分/U形部分環
60‧‧‧核心元件
現在將參考圖式以更詳細地解釋本發明,在該等參考圖示中相等或相似部件係由相同的參考符號所指示,且其中:
[圖1]係包含數個電負載及用於對電負載供電的電流供應系統之電裝置的示意圖;
[圖2]繪示電流供應系統之導電條的氣體捕獲部分的第一可能設計;
[圖3]繪示在該導電條中實現氣體捕獲部分之程序的步驟;及
[圖4至圖11]繪示電流供應系統的導電線之氣體捕獲部分的其他可能設計。

Claims (15)

  1. 一種電流供應系統(20),其設計成在該電流供應系統之操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含被包覆在液體密封材料(40)中的至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25), 其中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)包含犧牲材料,該犧牲材料能夠在該液體密封材料(40)受損並允許該液體抵及該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的事件中與該液體電化學地反應,及 其中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)包含至少一個氣體捕獲部分(50, 51),在該至少一個氣體捕獲部分中該犧牲材料在該液體密封材料(40)中佔據一空間,該空間因此係以被設計用於捕捉氣體之一形狀而界定,該氣體係由於該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的該犧牲材料在該犧牲材料與該液體電化學地反應的位置上消失而在該事件中產生。
  2. 如請求項1之電流供應系統(20),其中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)具有一大致細長形狀,且其中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)包含至少部分環形的至少一個氣體捕獲部分(50, 51)。
  3. 如請求項2之電流供應系統(20),其中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)在該至少一個氣體捕獲部分(50, 51)的位置上具有一經疊置的彎曲形狀。
  4. 如請求項2或3之電流供應系統(20),其中該至少一個氣體捕獲部分(50)係一線圈形部分。
  5. 如請求項2或3之電流供應系統(20),其中該至少一個氣體捕獲部分(51)包含至少一個U形部分環。
  6. 如請求項1至3中任一項之電流供應系統(20),其中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)包含鋁、銅、鐵、鋅、及一金屬合金的至少一者。
  7. 如請求項1至3中任一項之電流供應系統(20),其呈大致平坦形狀,該電流供應系統(20)的厚度在1 mm至2 mm的範圍中。
  8. 一種電裝置(10),其設計成在該電裝置之操作期間至少部分地浸沒在一導電液體中,並包含如請求項1至7中任一項的一電流供應系統(20)及至少一個電負載(11, 12, 13),該至少一個電負載連接至該電流供應系統(20)的該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)。
  9. 如請求項8之電裝置(10),其中該至少一個電負載(11, 12, 13)包含經組態以產生防污損光的一光源。
  10. 如請求項8或9之電裝置(10),其進一步包含一電力源(30),該電力源連接至該電流供應系統(20)的該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)。
  11. 如請求項8或9之電裝置(10),其呈大致平坦形狀,該電裝置(10)的厚度在1 mm至2 mm的範圍中。
  12. 一種一海洋物體與如請求項8至11中任一項之電裝置(10)的總成,該海洋物體包含至少一個表面,該至少一個表面係意欲在該海洋物體之壽命的至少一部分期間被至少部分地浸沒在含有生物汙損有機體之水中,且該電裝置(10)係配置在該至少一個表面上。
  13. 一種製造一電流供應系統(20)的方法,該電流供應系統將至少部分地浸沒在一導電液體中並包含被包覆在液體密封材料(40)中的至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25),該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)包含犧牲材料,該犧牲材料能夠在該液體密封材料(40)受損並允許該液體抵及該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的事件中與該液體電化學地反應,且該方法包含提供至少一個氣體捕獲部分(50, 51)給該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25),在該至少一個氣體捕獲部分中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的該犧牲材料經組態以在該液體密封材料(40)中佔據一空間,該空間因此係以被設計用於捕捉氣體及將該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)包覆在該液體密封材料(40)中之一形狀而界定,該氣體係由於該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的該犧牲材料在該犧牲材料與該液體電化學地反應的位置上消失而在該事件中產生。
  14. 如請求項13之方法,其中該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)係在被包覆至該液體密封材料(40)中之前經局部地變形。
  15. 一種減少電流從一電裝置(10)外流的方法,該電裝置包含一電流供應系統(20)及一電力源(30),該電流供應系統(20)包含連接至該電力源(30)並被包覆在液體密封材料(40)中的至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25),電流從該電裝置(10)外流係在該電流供應系統(20)至少部分地浸沒在一導電液體中且該液體密封材料(40)受損使得允許該液體抵及該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的事件中發生,該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)包含能夠與該液體電化學地反應的犧牲材料,且該方法包含: 藉由從該電力源(30)將電流連續供應至該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)而使該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的該犧牲材料能與該液體電化學地反應,及 在一空間中捕獲在該電化學反應中產生的氣體,該空間係由於該至少一個導電組件(21, 22, 23, 24, 25)的該犧牲材料在該電化學反應發生的位置上消失而在該液體密封材料(40)中得到。
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